通过机械搅拌的方式,使物质或热量均匀分布的混合工艺广泛应用于多种行业。混合质量直接影响产品性能,因此混合设备作为决定混合质量的重要因素受到广泛关注。双凸轮混合器作为一种简化的混合设备,和工业上许多常用的混合器的截面具有相似的几何特征。目前,有关双凸轮混合器的混合机理的研究尚未系统开展,传质传热机制仍需进一步深入研究。故本文以双凸轮混合器为研究对象,对混合器中的流体形变、混沌对流以及传质传热等特性展开研究,并分析凸轮工艺参数（旋转模式、转速大小和转速波动）和结构参数（高底比和偏心率）对混合特性的影响关系,具体研究内容如下:（1）揭示双凸轮混合器内流体形变特性。基于流体单元形变运动学理论,提出流体形变表征方法。建立双凸轮混合器流场可视化实验平台,通过粒子图像测速（PIV）分析混合器内流体运动及拉伸特性,并验证数值仿真模型的可靠性。为评估混合器内流体形变特性,引入了混合指数、最大线拉伸率和拉格朗日拟序结构（LCS）等参数。研究表明,在两种旋转模式下,混合器中部混合指数大于0.7的区域最大线拉伸率也相对较高,约为1 s-1,故混合器中部的拉伸效率较高。但是两种模式在混合器中部的流体传输方式不同,同向模式在该位置存在双曲不动点,而异向模式存在的则是竖直的“lobes”区。通过改变凸轮工艺和结构参数,可增强混合器拉伸作用,获得较复杂且全局的流体形变结构。（2）揭示双凸轮混合器的混沌对流特性。依据混沌对流理论,通过示踪实验和离散相模拟相结合的方式分析混合器中的混沌对流特征。根据双凸轮混合器的结构特征,提出时间序列庞加莱截面和适用的李雅普诺夫指数求取方法来评估混沌对流特性。研究表明,混合器流场中存在拉伸、折叠和分岔等现象,并且在时间序列庞加莱截面中存在周期性结构,表明混合器内具有马蹄映射混沌对流。另外,改变凸轮工艺和结构参数可促进粒子分离,增强混沌对流。特别当凸轮转速波动幅度为4时,平均李雅普诺夫指数高达13.17。（3）研究双凸轮混合器的传质特性及强化方法。基于前文所揭示的混合机理,结合对流传质的场协同理论,通过组分传输模拟揭示双凸轮混合器的传质机制,并研究工艺和结构参数对混合器传质性能的影响规律。结果表明,混合器的传质机制主要包括左右腔的宏观对流,混沌对流以及分子扩散,传质过程可分为对流传质、过渡以及扩散传质三个阶段。通过优化工艺或结构参数,可增强对流传质作用,将传质效率提高50%以上。另外,建立分别以工艺和结构特征数为自变量的传质效率预测模型,为混合器传质强化提供明确途径。（4）研究双凸轮混合器的传热特性及强化方法。基于前文所揭示的混合机理,结合对流传热的场协同理论,通过非等温模拟揭示双凸轮混合器两种加热模式下的传热机制,并研究工艺和结构参数对混合器传热性能的影响规律。结果表明,以混合腔壁面为热源时,传热主要依靠传导作用;以凸轮表面为热源时,传热先以对流作用为主,然后逐渐以传导作用为主。后者传热效率更高。优化结构参数或工艺参数可显著增强对流传热作用,使传热效率提高100%以上。另外,在两种加热模式下建立基于工艺和结构特征数的传热效率预测模型,明确了强化混合器传热的方法。本文所提出的方法为混合器性能的表征提供了新途径,所取得研究成果对相应工业混合器的设计和优化,以及混合工艺的制定具有重要指导意义。